BRPI0900425A2

BRPI0900425A2 - self-supporting mobile biodiesel production plant and mobile biodiesel production process

Info

Publication number: BRPI0900425A2
Application number: BRPI0900425-4A
Authority: BR
Inventors: Alex Nogueira Brasil; Diego Luiz Nunes
Original assignee: Biominas Ind De Derivados Oleaginosos; Alex Nogueira Brasil; Diego Luiz Nunes
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-12-07
Also published as: WO2010085864A1; US20110167712A1; US8398942B2; WO2010085864A8

Abstract

A USINA MóVEL DE PRODUçãO DE BIODIESEL AUTO-SUSTENTáVEL E PROCESSO MóVEL DE PRODUçãO DE BIODIESEL caracterizados por um arranjo compacto de equipamentos para a produção de biodiesel de forma a reduzir a geração de resíduos e, adicionalmente, proporcionar o reuso/aplicação, de alguns deles; organizados sobre um chassi com eixo e rodas, pode ser acoplada e levada a diversos locais, apresenta uma formatação auto-sustentável por utilizar de seu próprio combustível para gerar energia elétrica para fornecimento a toda usina, se necessário.SELF-SUSTAINABLE BIODIESEL MOBILE PRODUCTION PLANT AND BIODIESEL MOBILE PRODUCTION PROCESS characterized by a compact arrangement of biodiesel production equipment to reduce waste generation and additionally reuse / apply some of them ; Organized on a chassis with axles and wheels, can be coupled and taken to various locations, features a self-sustaining formatting by using its own fuel to generate electricity to supply the entire plant, if necessary.

Description

USINA MÓVEL DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL AUTO-SUSTENTÁVEL EPROCESSO MÓVEL DE PRODUÇÃO DE BIODIESELSELF-SUSTAINABLE BIODIESEL MOBILE PRODUCTION PLANT BIODIESEL MOBILE PRODUCTION PROCESS

O presente processo descrito visa proporcionar forma técnica viávelpara produção de biodiesel, combustível de fontes renováveis, em atendimento àsdemandas propostas do Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel, PNPB,lançado e fomentado pelo Governo Federal Brasileiro. Trata-se de uma rota e métrica deprodução que proporciona a segurança demandada para operação dos equipamentosenvolvidos e utilização dos produtos obtidos.The present process described aims to provide a viable technical form for the production of biodiesel, fuel from renewable sources, in compliance with the proposed demands of the National Biodiesel Production and Use Program, PNPB, launched and promoted by the Brazilian Federal Government. It is a production route and metric that provides the security required for operation of the equipment involved and use of the products obtained.

A Usina Móvel de Biodiesel, projetada e desenvolvida com foco naprodução sustentável de energia, tem seus pilares técnicos assegurados por pesquisacientífica própria e em fundamentações na literatura científica internacional.The Biodiesel Mobile Plant, designed and developed with a focus on sustainable energy production, has its technical pillars ensured by its own scientific research and foundations in the international scientific literature.

Tendo como principal objeto a sustentabilidade energética eambiental, o processo hora em questão visa estabelecer uma rota e equipamentos paraprodução de biodiesel a partir de óleos vegetais in natura e/ou residuais, de sementesoleaginosas diversas. Para a produção do biocombustível de interesse é necessário comoinsumo, além do óleo, quimicamente denominado triacilglicerídeo, uma fonte alcoólica,preferencialmente primária de cadeia curta e o uso de um catalisador homogêneo,básico ou ácido.Having as its main object environmental and environmental energy sustainability, the process in question aims to establish a route and equipment for the production of biodiesel from fresh and / or residual vegetable oils, from various oilseeds. In order to produce the biofuel of interest, it is necessary to use, in addition to oil, chemically called triacylglyceride, an alcoholic source, preferentially short chain and the use of a homogeneous, basic or acid catalyst.

O caráter móvel do processo produtivo é o principal parâmetroinovador conforme o estado da técnica em nível mundial, aliado à inovação quanto àsustentabilidade e auto-suficiência da unidade, uma vez que a mesma pode ser operadaem áreas remotas, sem sequer fornecimento energético ou de insumos, por umdeterminado período de tempo. Destaca-se ainda, no quesito inovação e sustentabilidadea questão de aplicação de produtos do processo de produção em etapas deprocessamento com o objetivo de reduzir a necessidade de insumos externos, além deproduzir uma menor quantidade de rejeitos e reduzir o consumo de energia.The mobile character of the production process is the main innovative parameter according to the state of the art worldwide, coupled with innovation in terms of sustainability and self-sufficiency of the unit, since it can be operated in remote areas, without even energy supply or inputs, for a certain period of time. In terms of innovation and sustainability, the issue of application of products from the production process in stages of processing is also highlighted in order to reduce the need for external inputs, as well as to produce less waste and reduce energy consumption.

Estado da TécnicaState of the Art

Existem diversos trabalhos realizados acerca da produção debiodiesel, sendo descritos processos de distintas rotas, utilizando normalmente deprocessos em batelada e eventualmente processos semi-contínuos com a inserção detecnologias caras e de difícil operação como a de energia de microondas ou ultra-sônica.There are several studies on the production of biodiesel, describing processes of different routes, usually using batch processes and eventually semi-continuous processes with the insertion of expensive and difficult to operate technologies such as microwave energy or ultrasonic.

Um exemplo deste é o pedido de patente US 2004/0074760 Al quedescreve uma rota reacional em que o catalisador é misturado ao óleo e aplicada aenergia de microondas para forçar a mistura quando da adição da fonte de álcool. Diz-seque o processo é capaz de produzir não apenas biodiesel, como também produtos dedestilação fracionada como de gasolina, querosene.An example of this is US patent application 2004/0074760 A1 which describes a reaction route in which the catalyst is mixed with the oil and microwave energy is applied to force the mixture upon addition of the alcohol source. It is said that the process is capable of producing not only biodiesel, but also fractional distillation products such as gasoline, kerosene.

O pedido brasileiro PI 0404243-3 Aprotege um processo de produçãode biodiesel a partir de óleo vegetal semi-refinado, álcool anidro e catalisador alcalinoem meio reacional aquecido que ocorre em duas etapas. Ambas ocorrem emtemperaturas entre 60-80°C quando, após a primeira etapa, os produtos são enviados aum estágio de aquecimento para recuperação do álcool não reagido por evaporaçãoseguido de condensação do mesmo. Tão logo a mistura líquida é resinada e separadaem duas fases, a mais leve uma mistura de ésteres e óleo e a mais densa sendo uma afase rica em glicerina. Em seguida a fase leve é direcionada ao segundo reator, aonde éadicionado mais álcool conforme necessidade de continuidade da reação para atingiruma transformação pretendida. Após, o catalisador é neutralizado com um aditivo ácido,o álcool eventualmente em excesso é recuperado e as fases, produtos da reação,separadas, por decantação ou centrífuga. A fase de interesse, a leve, é lavada com amistura de água ao mesmo e logo, fortemente aquecido para retirar a água incorporadana fase orgânica.Brazilian application PI 0404243-3 Protects a biodiesel production process from semi-refined vegetable oil, anhydrous alcohol and alkaline catalyst in a heated reaction medium that takes place in two steps. Both occur at temperatures between 60-80 ° C when, after the first step, products are sent to a heating stage to recover unreacted alcohol by evaporation followed by condensation. As soon as the liquid mixture is refined and separated into two phases, the lighter is a mixture of esters and oil and the denser is a glycerine-rich aphase. Then the light phase is directed to the second reactor, where more alcohol is added as the reaction needs to be continued to achieve a desired transformation. Afterwards, the catalyst is neutralized with an acid additive, any excess alcohol is recovered and the reaction product phases separated by decantation or centrifuge. The phase of interest, the light one, is washed with a water mixture at the same time and then strongly heated to remove water incorporated in the organic phase.

Vale ressaltar que o processo supra descrito possui falhas técnicas noque diz respeito à termodinâmica da reação em questão, devido às etapas descritas depós-tratamento da mistura reacional, além de, devido aos processos utilizados, podercomprometer a economicidade do mesmo e ademais, possuir uma dependênciaexcessiva de insumos externos da rota produtiva.It is noteworthy that the process described above has technical flaws regarding the thermodynamics of the reaction in question, due to the steps described after treatment of the reaction mixture, besides, due to the processes used, it can compromise its economy and, in addition, have an excessive dependence. of external inputs from the production route.

O trabalho brasileiro patenteado como PI 0503631-3 A descreve umprocesso de produção de biodiesel, especialmente de óleo de mamona, mas aplicável aoutras fontes de óleo, cujo processo catalítico, ácido ou básico, ocorre em duas etapas,sendo a primeira em dois vasos reatores em paralelo e, separadas as fases leves e aoutra, mais densa, a primeira é direcionada a um segundo reator, aonde se misturam aslinhas dos dois primeiros tanques, para uma segunda etapa de reação. O referidoprocesso destaca ainda a reutilização de parte do catalisador disponível na glicerina,parte mais densa comentada, para reduzir a emissão de rejeitos. Outro ponto a serdestacado refere quanto à recuperação do álcool, que deve ser adicionado em excesso nareação para que essa ocorra mais rápida e eficientemente. Essa etapa de recuperação érealizada após a separação das fases e lavagem do combustível produzido, como umaetapa de purificação.The patented Brazilian work as PI 0503631-3 A describes a biodiesel production process, especially castor oil, but applicable to other oil sources, whose catalytic process, acid or basic, occurs in two stages, the first in two reactor vessels. in parallel and, separating the light phases and the other denser one, the first one is directed to a second reactor, where the lines of the first two tanks are mixed, for a second reaction step. This process also highlights the reuse of part of the available catalyst in glycerin, the denser commented part, to reduce the emission of tailings. Another point to note is the recovery of alcohol, which must be added in excess of narration for this to occur faster and more efficiently. This recovery step is carried out after phase separation and washing of the produced fuel as a purification step.

Tal trabalho advém com a idéia, ainda insípida, de reuso de uma desuas linhas de processo num estágio seguinte, para aproveitamento do catalisador emexcesso num segundo estágio de reação, contudo tal ação pode interferirconsideravelmente na cinética reacional tendo em vista a incorporação de um produtode reação como veículo de vim insumo. Em contrapartida inicia com a idéia de nãomisturar a fase densa, produto da reação, com a água de lavagem, justamente para nãocomprometer sua re-aplicação seguinte. Tal organização se mostrou interessante esegura em rotas processuais futuras, testadas por esse grupo e um dos motivosfomentadores da distinção deste trabalho.Such work comes from the still insipid idea of reusing one of its process lines at a later stage to take advantage of the catalyst in excess in a second reaction stage, however such action may considerably interfere in reaction kinetics with a view to incorporating a reaction product. as a vehicle of input. On the other hand, it begins with the idea of not mixing the dense phase, the product of the reaction, with the wash water, precisely in order not to compromise its next re-application. Such an organization proved to be interesting and safe in future procedural routes, tested by this group and one of the reasons for the distinction of this work.

Outro trabalho recente, PI 0700781-7 A, diz respeito à produção debiodiesel a partir de gordura animal, em particular a suína, fazendo uso de metanolcomo fonte de álcool. Contudo demonstra ser um processo pouco eficaz quanto àqualidade final assegurada do produto quanto também ao que se refere no tempo doprocesso como um todo. Diferentemente, o processo de interesse do presente trabalho,não se aplica à conversão de gordura animal em biodiesel, o foco aqui pretendido podeser aplicado apenas se a referida gordura estiver misturada, sob aquecimento, à um óleovegetal.Other recent work, PI 0700781-7 A, concerns the production of biodiesel from animal fat, particularly pork, using methanol as a source of alcohol. However it proves to be an ineffective process as to the assured final quality of the product as well as to the overall process time. In contrast, the process of interest of the present work does not apply to the conversion of animal fat to biodiesel, the desired focus here can be applied only if said fat is mixed under heating with an oil vegetable.

Muito bem descrito pelo recente trabalho registrado sob o códigoPI 0604251-1 A, os óleos vegetais, quando extraídos, seja por uso de solventesorgânicos ou por prensagem, carregam na composição desses óleos não apenas ostriacilglicerídeos, mas também algum teor de acidez orgânica, devido à presença deácidos graxos livres. Outros possíveis componentes desses óleos são substânciascomumente denominadas "matéria não saponificável". Intuitivamente pode-se perceberque tais compostos não são transformados em biodiesel quando da reação detransesterificação, logo se faça necessária a remoção dessa fração, a fim de elevar apureza do produto final, o biodiesel. Um dos processos aplicáveis é denominadodegomagem, por exemplo. Entretanto, alguns desses componentes deveriam sermantidos no óleo, mesmo não sendo transformados, contudo eles conferem algumascaracterísticas interessantes ao óleo e ao combustível, como a estabilidade à oxidação,como é o caso dos tocoferóis e esteróis. Infelizmente, em se retirando um doscomponentes não saponificáveis, retiram-se todos os outros. O referido trabalho nãotrata, entretanto da aplicação da parte sólida, produto inerente da etapa de extração doóleo das sementes oleaginosas e que, em adicional, o presente processo inventivoexplora uma potencial aplicação direta numa etapa de purificação do biodiesel, produtoprincipal de interesse.Very well described by the recent work registered under the PI code 0604251-1 A, the vegetable oils, when extracted, either by use of organic solvents or by pressing, carry in the composition of these oils not only ostriacylglycerides, but also some organic acid content, due to the presence of free fatty acids. Other possible components of these oils are substances commonly referred to as "non-saponifiable matter". Intuitively it can be seen that such compounds are not transformed into biodiesel during the transesterification reaction, so it is necessary to remove this fraction in order to increase the purity of the final product, biodiesel. One of the applicable processes is called imaging, for example. However, some of these components should be kept in the oil, even if they are not processed, however they confer some interesting oil and fuel characteristics, such as oxidation stability, such as tocopherols and sterols. Unfortunately, in removing one of the unsaponifiable components, all others are removed. However, this work does not deal with the application of the solid part, which is an inherent product of the oilseed extraction stage and that, in addition, the present inventive process explores a potential direct application in a biodiesel purification stage, the main product of interest.

Sumário da InvençãoSummary of the Invention

Diante de todo o exposto da técnica e fundamentos já existentes,constitui o objeto da presente solicitação, o desenvolvimento de uma rota produtiva debiodiesel, com ênfase num processo de elevada sustentabilidade técnico-econômico-ambiental, adicionada à característica de mobilidade de todo o processo produtivo.Given all the above exposed technique and fundamentals, the object of this request is the development of a biodiesel production route, with emphasis on a process of high technical-economic-environmental sustainability, added to the mobility characteristic of the entire production process. .

Adicionalmente assume uma posição de destaque no cenáriomercadológico por fornecer uma unidade de produção de biodiesel adequada àspequenas demandas desse biocombustível. Atrelada à mobilidade do processo industrial,pode tornar acessível às mais remotas comunidades um processo inovador detransformação de óleo vegetal in natura ou de fritura em uma fonte de energia paramáquinas e equipamentos agrícolas.Additionally, it assumes a prominent position in the market scenario for providing a biodiesel production unit suitable for the small demands of this biofuel. Linked to the mobility of the industrial process, it can make an innovative process for transforming fresh or frying vegetable oil into a power source for agricultural machines and equipment accessible to the most remote communities.

O processo em questão é apto para transformar diferentes óleosvegetais como soja, girassol, canola, pinhão-manso, nabo forrageiro e crambe, além deóleos residuais, proporcionando a reciclagem do mesmo. Como insumo alcoólico, fazuso de alcoóis primários de baixo peso molecular sob processo de catálise homogêneabásica ou ácida.The process in question is able to transform different vegetable oils such as soybean, sunflower, canola, jatropha, forage turnip and crambe, as well as waste oils, providing recycling of the same. As an alcoholic input, the use of low molecular weight primary alcohols under homogeneous or acid catalysis process.

Tendo em vista que:Given that:

1. O PNPB já destaca a necessidade de processos de produção e consumo local debiodiesel;2. Existem inúmeras sementes oleaginosas que fornecem óleo para transformaçãoem biodiesel;1. The PNPB already highlights the need for local biodiesel production and consumption processes; There are numerous oilseeds that provide biodiesel processing oil;

3. As fontes oleaginosas geram considerável quantidade de resíduos sólidos,quando do processo de extração do óleo. Tais resíduos, para determinadassementes oleaginosas ainda não possuem aplicação comercial segura;3. Oil sources generate considerable amount of solid waste during the oil extraction process. Such residues, for certain oilseeds, do not yet have a safe commercial application;

4. Os processos de purificação do biodiesel produtivo demandam, em sua maioria,a adição de vários novos insumos;4. The purification processes of productive biodiesel mostly require the addition of several new inputs;

5. Que a rota de produção de biodiesel é uma potencial geradora de co-produtos.Em sua maioria com baixa aplicação mercadológica até o presente momento;5. That the biodiesel production route is a potential co-product generator. Most of them with low market application to date;

6. Existe iam balanço energético favorável para reaplicação de determinados co-produtos antes de um eventual descarte.6. There was a favorable energy balance for the reapplication of certain co-products before possible disposal.

A proposta de uma UNIDADE MÓVEL DE PRODUÇÃO DEBIODIESEL AUTO-SUSTENTÁVEL visa proporcionar uma tecnologia inovadora deprocesso, agregando conceitos de reengenharia e aproveitamento energético de resíduos,descreve-se o que segue.The proposal for a self-sustaining mobile debiodiesel production unit aims to provide innovative process technology, bringing together concepts of reengineering and waste energy recovery, as follows.

Descrição da InvençãoDescription of the Invention

Como motivação inicial, a questão da mobilidade é o primeiro e maisperceptível fator inventivo em questão. Todo o processo produtivo, deste oprocessamento das sementes, pré-tratamento do óleo, seja ele vegetal in natura ouresidual, como a rota produtiva do biodiesel, tendo agregado a parte de armazenamentoe tancagem foi contemplado. Adicionalmente, agregou-se a estrutura equipamentogerador de energia elétrica e reservatórios de água e de água de processo, como tambéminfra-estrutura necessária de instrumentação e controle dos equipamentos e de análisepreliminar da qualidade do produto foco, o biodiesel. Na parte de processamento ereação do óleo, os tanques e reatores foram dispostos de forma a aproveitar ao máximoo desnível vertical, reduzindo a necessidade de número elevado de bombas paracirculação das fases fluidas.As an initial motivation, the issue of mobility is the first and most noticeable inventive factor in question. The entire production process, from this seed processing, oil pretreatment, be it in natura oresidual vegetable, as the biodiesel production route, having added the storage and tanking part was contemplated. Additionally, the equipment-generator structure of electric power and water and process water reservoirs was added, as well as the necessary infrastructure for instrumentation and equipment control and preliminary analysis of the focus product quality, biodiesel. In the oil processing and processing part, the tanks and reactors were arranged to take full advantage of the vertical unevenness, reducing the need for large number of pumps to circulate the fluid phases.

Conforme as Figuras 01 e 02: respectivamente vista em perspectiva evista explodida da USINA MÓVEL DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL AUTO-SUSTENTÁVEL, a usina foi projetada e construída sobre uma estrutura móvel, comouma carroceria articulada de caminhões, estando nesta figura o caminhão representadode forma apenas ilustrativa. Sobre tal estrutura foram construídos e organizados osequipamentos e utilidades, a saber:As shown in Figures 01 and 02: respectively exploded perspective view of the SELF-SUSTAINABLE BIODIESEL MOBILE PRODUCTION PLANT, the plant was designed and built on a movable structure, as a articulated truck body. . About such a structure the equipments and utilities were built and organized, namely:

1. 02 contêineres (T01 e T02) de armazenamento, de óleo e álcool, para transportedos mesmos durante os deslocamentos;1. 02 oil and alcohol storage containers (T01 and T02), for the same transport during journeys;

2. gerador (EOl) de energia elétrica, motor ciclo diesel, o que possibilita aaplicação do produto gerado na usina como fonte energética para o mesmo;2. electric energy generator (EOl), diesel cycle engine, which enables the application of the product generated in the plant as an energy source for it;

3. unidade (E02) contínua de extração de óleo vegetal de sementes por prensagemmecânica;3. continuous unit (E02) of vegetable oil extraction by mechanical pressing;

4. unidade (E03) de filtração de óleo, de operação semi-contínua, para remoção desólidos em suspensão e recipiente para eventual correção de pH ou adição deagente secante ou floculante, se necessário;4. semi-continuous operating oil filtration unit (E03) for removal of suspended solids and container for eventual pH correction or addition of drying or flocculant agent if necessary;

5. na parte esquerda, (E04 e E05) painéis elétricos de controle dos equipamentos;5. on the left, (E04 and E05) electrical equipment control panels;

6. além de 04 reservatórios, em aço inox, para tancagem e alimentação de óleo,vegetal in natura (T03), residual (T04), tancagem de álcool (T05) e um últimodo biodiesel (T06) já produzido e polido;6. In addition to 04 tanks, in stainless steel, for oil tanking and feeding, fresh vegetable (T03), residual (T04), alcohol tanking (T05) and one last biodiesel (T06) already produced and polished;

7. na parte central direita, os reatores e utilidades de processamento, da frente paraa traseira, todos confeccionados em aço inox, a saber:7. in the center right, the reactors and processing utilities, front to back, all made of stainless steel, as follows:

7.1. primeiro reator (T07) com aquecimento (AOl) e controle de temperaturaentre a ambiente e 80°C, além de agitação controlada por inversor defreqüência limitada entre 450 e 1000 rpm;7.1. first reactor (T07) with heating (AOl) and temperature control between ambient and 80 ° C, plus inverter controlled agitation limited frequency between 450 and 1000 rpm;

7.2. primeiro decantador (T09);7.2. first decanter (T09);

7.3. segundo reator (T08), igualmente ao item 7.1, com aquecimento (A02) eagitação controlados;7.3. second reactor (T08), also to item 7.1, with controlled heating (A02) and agitation;

7.4. segundo decantador (TIO);7.4. second decanter (TIO);

7.5. reservatório (TI2) da fase densa, glicerina, com aquecimento (A03)limitado à 100°C com saídas para líquidos, na base, e para gases, na partesuperior;7.5. dense phase reservoir (TI2), glycerine, with heating (A03) limited to 100 ° C with outlets for liquids at the base and for gases at the top;

7.6. terceiro decantador (T11);7.7. tanque (Tl3) de purificação da mistura de ésteres, e como o tanquereservatório em 7.5, com aquecimento (A04) controlado e com saídas paralíquidos, na base, e para gases, na parte superior;7.6. third decanter (T11) 7.7. ester mixture purification tank (Tl3), and as the tank in 7.5, with controlled heating (A04) and with parallel outlet at the base and for gases at the top;

7.8. trocador de calor (E06) de tubos operado em contra-corrente;7.8. counter current operated tube heat exchanger (E06);

7.9. caixa de passagem (T14) de água limpa;7.9. junction box (T14) for clean water;

7.10. (TI5) reservatório de aquecimento (A05) de água limpa para o processo,com limite de 80°C na elevação da temperatura;7.10. (TI5) clean water heating reservoir (A05) for the process, with a temperature limit of 80 ° C at elevation;

7.11. coluna de extração (TI6) líquido-líquido para remoção de impurezashidrossolúveis do biodiesel;7.11. liquid-liquid extraction column (TI6) for the removal of water soluble impurities from biodiesel;

7.12. coluna de secagem (TI7), com aquecimento (A06) controlado entre atemperatura ambiente e 100°C, além de sistema de vácuo (B08)controlado, desde pressão ambiente até 100 mmHg, para polimento finaldo biodiesel.7.12. drying column (TI7), controlled heating (A06) between room temperature and 100 ° C, and controlled vacuum system (B08), from ambient pressure to 100 mmHg, for final polishing of biodiesel.

8. escritório (ES) para organização e trabalhos laboratoriais;8. office (ES) for organization and laboratory work;

9. armários e laboratório (LB) de análise químico-fisica preliminar do produto.9. cabinets and laboratory (LB) of preliminary chemical-physical analysis of the product.

Todo o conjunto é equipado com sistema de iluminação, saídas deemergência e extintores de incêndio condizentes com a estrutura em questão.The whole set is equipped with lighting system, emergency exits and fire extinguishers consistent with the structure in question.

Do processo de produção de biodiesel, representado na Figura 03:Fluxograma do PROCESSO MÓVEL DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL, projetado econstruído sobre uma unidade móvel.From the biodiesel production process, shown in Figure 03: Flowchart of the BIODIESEL MOBILE PRODUCTION PROCESS, projected and built over a mobile unit.

Em se iniciando o processo de produção desde a semente oleaginosa, amesma é prensada mecanicamente (E02) para extração do óleo vegetal, resultandoneste, com elevado teor de sólidos, e uma torta, parte sólida, com reduzido teor de óleoremanescente.In the beginning of the production process from the oilseed, the same is mechanically pressed (E02) for extraction of the vegetable oil, resulting from this, with high solids content, and a cake, solid part, with low oil content.

A seguir o óleo é filtrado (E03) e, se necessário, tem seu pH corrigidoantes mesmo de atingir a bomba - móvel - de alimentação (B07). Desta etapa o óleopode seguir para o tanque (TOl) de armazenamento de óleo vegetal in natura.Alternativamente, quando for processar óleo residual, o mesmo tem o início de seuprocesso com a filtração (E03) e em seguida direcionado para tancagem (T02). Adiante,o óleo é alimentado por bombeamento (BOI) em um dos reatores (T07 ou T08), quefuncionam em paralelo, podendo, se necessário, passar por um processo de pré-tratamento, ou refino, no primeiro reator (T07) para remoção de componentes químicosque não sejam oportunos no produto final. Segue para uma etapa de decantação (T09)das fases, sendo a mais leve, a de interesse. O óleo, eventualmente pré-tratado, seguepara o segundo reator (T08), aonde será adicionado por bombeamento (B02) o álcool,sob aquecimento (A02) e forte agitação para forçar a mistura das duas fases. Tão logo ocatalisador é adicionado e, sob controle de temperatura, a reação é desenvolvida.Then the oil is filtered (E03) and, if necessary, has its pH corrected before even reaching the mobile feed pump (B07). From this stage the oil can go to the fresh vegetable oil storage tank (TOl). Alternatively, when processing residual oil, it begins its process with filtration (E03) and then goes to tanking (T02). Ahead, the oil is fed by pumping (BOI) in one of the reactors (T07 or T08), which work in parallel and may, if necessary, go through a pre-treatment or refining process in the first reactor (T07) for removal. chemical components that are not timely in the final product. It follows to a phase decantation phase (T09), the lightest being the one of interest. The oil, possibly pretreated, follows the second reactor (T08), where the alcohol will be added by pumping (B02), under heating (A02) and strong agitation to force the mixing of the two phases. As soon as the catalyst is added and, under temperature control, the reaction is developed.

Reagidos os insumos, produz-se biodiesel e glicerina, que devem serseparados. Devido à considerável diferença de densidade, o processo pode ser realizadopor decantação (T09, TlO ou Tl 1), com o auxílio da gravidade, buscando umaeconomia de energia e de espaço.Once the inputs are reacted, biodiesel and glycerin are produced, which must be separated. Due to the considerable difference in density, the process can be performed by decantation (T09, T10 or T1), with the aid of gravity, seeking an energy and space saving.

Separam-se as fases em diferentes tanques. A fração leve, ésteresgraxos, é direcionada ao tanque de purificação (TI3), e a fração pesada, rica emglicerina e álcool, direcionada ao reservatório (TI2) da fase densa. Um sistemaindependente de aquecimento (A03 e A04) é acionado para evaporação do álcooladicionado em excesso na etapa de reação, para elevar a eficiência e cinética da reação.Sob aquecimento, o álcool é evaporado nos: reservatório de fase densa (T12) e tanquede purificação (TI3) e, posteriormente condensado em trocador de calor (E06) de tubosparalelos em contracorrente ao líquido de arrefecimento. O álcool retorna para oreservatório (T05) de origem, pronto para nova aplicação em processo seguinte, semgeração de resíduos nessa etapa.The phases are separated in different tanks. The light fraction, ester esters, is directed to the purification tank (TI3), and the heavy fraction rich in glycerin and alcohol, directed to the dense phase reservoir (TI2). An independent heating system (A03 and A04) is actuated to evaporate excess alcohol added in the reaction step to increase reaction efficiency and kinetics. Under heating, alcohol is evaporated in: dense phase reservoir (T12) and purification tank (TI3) and then condensed into parallel tube heat exchanger (E06) countercurrent to the coolant. The alcohol returns to the original reservoir (T05), ready for new application in the next process, without waste generation at this stage.

Por efeito de co-solubilidade, uma pequena fração de glicerina foicarreada na fase mais leve devido ao álcool que ali esteve solubilizado e que, outrora,acabou de ser retirado por evaporação. Logo se torna simples a retirada dessa pequenafração de impurezas, num processo de extração líquido-líquido (TI6), tendo óleo comofase estacionária, água aquecida é adicionada à coluna, que percola a fase leve;orgânica.As a result of co-solubility, a small fraction of glycerine was lightly phase-leached due to the alcohol that was solubilized there and was just removed by evaporation. It soon becomes simple to remove this small fraction of impurities in a liquid-liquid extraction process (TI6), having stationary phase oil, heated water is added to the column, which percolates the light organic phase.

Por não se misturarem, a fase éster, orgânica, e a água se separam pordecantação (T16), a água separada do biodiesel (ainda sob purificação). Uma vezseparados, a água é estocada (TI 8 e Tl9) para aplicação posterior. O biodiesel, comuma pequena umidade incorporada, é direcionado para uma coluna de secagem (TI7)aonde, com aquecimento e redução da pressão por bomba de vácuo (B08) de operação,a água é retirada e liberada na forma de vapor para o meio ambiente. O biodiesel, seco,está pronto para tancagem (T06) e uso como combustível, aplicado puro ou em fraçõesde mistura com o óleo diesel mineral.Because they are not mixed, the organic ester phase and water are separated by decantation (T16), water separated from biodiesel (still under purification). Once separated, water is stored (TI 8 and T1) for later application. Biodiesel, with a small incorporated humidity, is directed to a drying column (TI7) where, with heating and pressure reduction by vacuum pump (B08) of operation, water is withdrawn and released as vapor to the environment. . Dry biodiesel is ready for tanning (T06) and is used as fuel, applied pure or in fractions mixed with mineral diesel oil.

Uma inovação proposta na rota descrita refere-se à aplicação daglicerina (retida em T12) como aditivo no líquido de arrefecimento do trocador de calor(E06). A glicerina que, inicialmente não possui aplicação direta no processo, passa afuncionar como um material de transferência de calor, para condensar o álcoolevaporado em (T12) e (T13), retornando o mesmo para o reservatório de álcool (T05).Como a glicerina é completamente solúvel em água, pode ser solubilizada nesta e trocarcalor do vapor de álcool.A proposed innovation in the described route relates to the application of daglycerin (retained at T12) as an additive in the heat exchanger coolant (E06). Glycerin, which initially has no direct application in the process, functions as a heat transfer material to condense the evaporated alcohol at (T12) and (T13), returning it to the alcohol reservoir (T05). Like glycerin It is completely soluble in water, can be solubilized in this and exchange the alcohol vapor heat.

Tal organização e arranjo fornece uma estrutura industrialrelativamente compacta, alcançando um elevado índice de eficiência e performance deoperação. Adicionam-se à segurança, já comentada, e à durabilidade da usina, dados aossistemas de amortecimento e conexões desenvolvidos, reduzindo a rigidez do sistema,prevenindo quanto ao surgimento de trincas e desgastes dos equipamentos provenientesdo transporte da unidade. Uma vez montado, os equipamentos são perfeitamenteintegrados, com os componentes conectados através de flanges e juntas flexíveis. Logo,a usina móvel, apesar de possuir um tamanho diminuto para uma unidade industrial,coloca-se em caráter inventivo vim modelo de produção inovador, possível de alcançardiversas localidades com segurança, durabilidade e qualidade no sistema deprocessamento.Such organization and arrangement provides a relatively compact industrial structure, achieving a high efficiency and operating performance index. In addition to the safety, and the durability of the plant, the damping systems and connections developed, reducing the rigidity of the system, preventing cracks and wear of equipment coming from the unit transportation. Once assembled, the equipment is perfectly integrated, with components connected through flanges and flexible joints. Therefore, the mobile plant, despite having a small size for an industrial unit, is inventive and innovative model of production, possible to reach several locations with safety, durability and quality in the processing system.

Exemplo 1Example 1

Recebe lote sementes oleaginosas que são prensadas a frio (E02) paraextração mecânica de óleo vegetal in natura que é despejado no filtro prensa (E03) deonde segue por bombeamento para tancagem (T03). Direciona por bomba (BOI) 100 kgde óleo para o reator (T07) aonde é aquecido à 55°C e misturado a 31 kg álcool,direcionado por bomba (B02) desde seu tanque (T05), e 4,5 kg de catalisador,adicionado manualmente. Sob forte agitação, a mistura permanece por 45 minutos.Direciona por bomba (B03) para separação das fases (Tll) aonde permanece emrepouso por uma hora e de lá, direciona por gravidade a fase inferior para tancagem deglicerina (T12) e a fase leve para purificação (T13), aonde será evaporado o excesso deálcool por aquecimento (A03 e A04) à 75°C por 40 minutos. Direciona o retido notanque, por bomba (B04), para lavagem (TI6), aonde é pulverizada, por bombeamento(B05), água aquecida (TI 5) à 50°C e permanece para separação das fases por30 minutos. Direciona, por gravidade, a água para tancagem (TI 8) e a fase leve parasecagem (TI7) à IlO0C e à 0,80 atm de pressão por 25 minutos. Direciona porbombeamento (B06) o biocombustível pronto para tancagem (T06).It receives batch oil seeds that are cold pressed (E02) for mechanical extraction of fresh vegetable oil which is poured into the filter press (E03) where it follows by pumping to tank (T03). Pump directs (BOI) 100 kg of oil to the reactor (T07) where it is heated to 55 ° C and mixed with 31 kg alcohol, pump driven (B02) from its tank (T05), and 4.5 kg of catalyst, added manually. Under strong agitation, the mixture remains for 45 minutes. It directs by pump (B03) for phase separation (Tll) where it remains at rest for one hour and from there, gravity directs the lower phase for glycerine tanking (T12) and the light phase. for purification (T13), where the excess alcohol will be evaporated by heating (A03 and A04) at 75 ° C for 40 minutes. It directs the retained notch by pump (B04) to wash (TI6), where it is sprayed, by pumping (B05), heated water (TI 5) at 50 ° C and remains for phase separation for 30 minutes. By gravity it directs the tanking water (TI 8) and the light-drying phase (TI7) to IlO0C and 0.80 atm pressure for 25 minutes. Pumps (B06) directs the tanking-ready biofuel (T06).

Exemplo 2Example 2

Recebe lote de óleo de fritura que é despejado no filtro prensa (E03)de onde segue por bombeamento (BOI) para tancagem (T04). Direciona por bomba100 kg de óleo para o reator (T07) aonde é aquecido (AOl) à 60°C e misturado a 35 kgálcool, direcionado por bomba (B02) desde seu tanque (T05), e 5 kg de catalisador,adicionado manualmente. Sob forte agitação, a mistura permanece por 50 minutos.Direciona por bomba (B03) para separação das fases (T09) aonde permanece emrepouso por uma hora e de lá, direciona por gravidade a fase inferior para tancagem deglicerina (TI2) e a fase leve para purificação (TI3), aonde será evaporado o excesso deálcool por aquecimento (A03 e A04) à 75°C por 40 minutos. Direciona o retido notanque, por bomba (B04), para lavagem (TI6), aonde é pulverizada, por bombeamento(B05), água aquecida (TI5) à 55°C e permanece para separação das fases por30 minutos. Direciona, por gravidade, a água para tancagem (TI 8) e a fase leve parasecagem (TI 7) à IOO0C e à 0,90 atm de pressão por 30 minutos. Direciona porbombeamento (B06) o biocombustível pronto para tancagem (T06).Receives batch of frying oil which is poured into filter press (E03) from where it follows by pumping (BOI) for tanking (T04). Pump directs 100 kg of oil to the reactor (T07) where it is heated (AOl) to 60 ° C and mixed with 35 kg alcohol, driven by pump (B02) from its tank (T05), and 5 kg of catalyst, added manually. Under strong agitation, the mixture remains for 50 minutes. It directs by pump (B03) for phase separation (T09) where it remains at rest for one hour and from there, gravity directs the lower phase for glycerine tanking (TI2) and the light phase. for purification (TI3), where excess alcohol will be evaporated by heating (A03 and A04) at 75 ° C for 40 minutes. It directs the retained notch by pump (B04) to wash (TI6), where it is sprayed, by pumping (B05), heated water (TI5) at 55 ° C and remains for phase separation for 30 minutes. It directs, by gravity, the tanking water (TI 8) and the light drying phase (TI 7) to 100 ° C and 0.90 atm pressure for 30 minutes. Pumps (B06) directs the tanking-ready biofuel (T06).

Claims

1. THE SELF-SUSTAINABLE BIODIESEL MOBILE PRODUCTION PLANT for configuration and arrangement of constituents arranged on a rigid, chassis, wheeled, single or double axle structure, characterized by TO1: vegetable oil storage container; T02: anhydrous alcohol storage container; EO1: diesel engine electric generator; E02: mechanical extraction oil extraction unit; E03: fresh or fresh vegetable oil filtration unit, in addition to the possibility of step to correct the oil pH, when necessary; E04: electrical panel for control, activation and emergency stop of the entire electric motor system, heating pump; E05: lighting-driven electrical panel and electrical supply pulses; T03: reservoir for the storage of natural vegetable oil from the mechanical pressing process of oilseeds, followed by filtration; T04: waste oil storage reservoir for recycling; T05: anhydrous alcohol storage tank; T06: produced and purified biodiesel storage reservoir; T07: controlled stirring and heating reactor (AOl) for vegetable oil refining or transesterification reactions; T08: controlled stirring and heating reactor (A02), which can be applied as a second processing step if necessary; T09: decanter for separation of refining or transesterification phases of vegetable oil, or newly reacted dobiodiesel; UNCLE: Same as T09, operated parallel to it Tl 1: Same as T09, operated parallel to it; T12: fasedense reservoir produced in the transesterification reaction and separated into T09, TIO or Tll, with controlled heating (A03) for alcohol recovery; Tl3: controlled heating tank (A04) for recovery of unreacted alcohol at the transesterification step; E06: heat exchanger to condense the alcohol vapor produced in T12eT13; T14: cold water reservoir; Tl 5: controlled heating tank (A05) to feed the biodiesel purification process with hot water; Tl6: liquid-liquid extraction column for washing the biodiesel produced and under polishing process; T1: Drying tower of the washed biodiesel, with controlled heating (A06), pressure reducing system (B08) and pumping circulation (B06) of the processed liquid; ES: office for process management, with telephone structure and mobile internet; LB: laboratory for preliminary testing of oils for processing and qualitative physicochemical analyzes of the quality of the raw materials and products involved in the operation of the mobile biodiesel plant; T20: clean water storage container for plant and laboratory feed Tl 8: process water containment box from the glycerine extraction stage of Tl6 or E06 coolant; Tl9: T 8 overflow containment box when fully loaded, in addition to the unit's cover and casing structure, the entire lighting, fire prevention and eradication system.

2. Using the equipment described and arranged according to claim 1, the BIODIESEL MOBILE PRODUCTION PROCESS, characterized by: a) use of mobile pump (B07) to connect the TO1 container to tanks T03 and T04 and, in other use, container T02 b) using a mobile pump (B07) to connect the filtered oil in (E03) to the tank (T03 or T04), depending on the oil origin, c) directing, by means of a pump (BOI), the reservoirs T03 and / or T04 with oil to the reactors (T07) and / or (T08), d) directs, by pumping (B02) the alcohol from the reservoir (T05) to the reactors (T07) and / or (T08); reaction at T07 and / or T08 with heating by use of AOle / or A02 and forced mechanical stirring f) after sufficient time the reaction mixture is pumped (B03) from T07 and / or T08 to T09, T10 or Tl 1; g) directs the light phase, fatty esters, by gravity to the next stage of purification in Tl3 and; h) directs, also by gra the densest glycerine-rich phase for T12; i) excess alcohol evaporation by heating by A03 and A04, simultaneously or not at T12 and T13, as a step in reducing waste production, alcohol recovery and purity content of biodiesel product and glycerine co-product; j) directs Tl3 esters by pumping (B04) for polishing via T16 hot wet; k) directs cold process water from T14 to T15 by gravity for heating by A05; l) directs, by pumping B05, hot process water to T16, where it is sprayed; m) by decanting in Tl6 from the dense phase, wash water, gravity-directed to T18; n) directs the light, organic, gravity phase for last purification step at Tl7 o) drying of Tl7 with controlled heating (A06), pressure lowering (B08) and pumping fluid circulation (B06), same system as at the end; p) driving the purified biodiesel from Tl7 by bo (B06) to T06.

3. MOBILE SELF-SUSTAINABLE BIODIESEL PRODUCTION UNIT, characterized by making it possible to operate in remote areas, only with the supply of stocked inputs and own power generation by diesel engine.

4. SELF-SUSTAINABLE BIODIESEL MOBILE PRODUCTION UNIT arrangement as claimed in claim 1, which ensures greater mechanical stability during the displacement of the unit by providing two tanks (T01 and T02) disposed on the fifth wheel of the movable chassis, displacing the mass center of storage of inputs for these from storage tanks (T03, T04 and T05).

5. Only crude or fresh vegetable oils may be simultaneously reacted with different oils as claimed in claim 1 of the SELF-SUSTAINABLE BIODIESEL MOBILE BUILDING UNIT and provides separate storage and feeding of two separate vegetable oil sources to the reaction tanks (T07). and T08).

6. Increased remote production capacity of the SELF-SUSTAINABLE BIODIESEL DEPRODUCTION MOBILE UNIT characterized by incorporating a process water reservoir (T20) that can feed back the production process functioning according to claims 1 and 2.

7. According to claims 1 and 2, characterized by establishing BIODIESEL PRODUCTION PROCESS, designed and organized in a movable, wheeled structure that can be driven by articulated truck.

A systematized BIODIESEL PRODUCTION PROCESS according to claims 1 and 2, which enables semi-continuous processing of the process in question by providing two reaction tanks (T07 and T08) and three separation tanks (T09, T10 and T1) for that in more complex and time-consuming processing, the unit remains in operation.

Reduction of waste generation, according to claims 1 and 2, the BIODIESEL PRODUCTION PROCESSIBLE characterized by allowing the recovery of excess added alcohol to perform the reaction in T07e / or T08, using heating by means of A03 and / or A04 ntanks of separate phase T12 and / or T13.

Energy-saving by heating process water, as described in claims 1 and 2, of the BIODIESEL MOBILE PRODUCTION PROCESS characterized by gravity direct connection of the T14 water flow box and the T15 water heating box.

MOBILE BIODIESEL PRODUCTION PROCEDURE according to claims 1 and 2, characterized by arrangement for reuse of cooling liquid co-product in the heat exchanger, while providing less water consumption and a more suitable aqueous medium for glycerine purification.

Reduction of physical space required for biofuel production according to claim 1, characterized in that it incorporates into the self-supporting BIODIESEL PRODUCTION MOBILE UNIT an office for the management and control of process operation.

13. Possibility of guaranteeing the quality of production and operation of the self-sustaining BIODIESEL PRODUCTION UNIT, characterized by the incorporation of physical space, according to claim 1, which includes analysis and measurement equipment of physicochemical parameters of the various steps involved in the production process. of biofuel.